Sujets de type 1 : Partie convergence. Sujet : Origine du volcanisme

Sujets de type 1 : Partie convergence.
Sujet : Origine du volcanisme des fosses de subduction
Expliquez comment la plongée d'une lithosphère océanique entraîne la genèse d'un magma à l'origine du volcanisme des zones de
subduction. Vous illustrerez vos explications par un schéma situant les différents éléments d'une zone de subduction entrant en jeu.
Aide à la réalisation :
Introduction : Définir les mots clés : volcanisme, subduction et poser la problématique.
Exemple : Les zones de subduction se caractérisent par une forte activité magmatique qui se traduit par des éruptions volcaniques
explosives sur la plaque chevauchante. Il y a présence en surface des roches volcaniques caractéristiques (andésite) et en profondeur de
roches plutoniques (granitoïdes). La subduction est la convergence de deux lithosphères océaniques et/ou d’une lithosphère océanique et
continentale caractérisée par la disparition de la lithosphère au sein du manteau au niveau d’une marge active. Problème : On cherche
comment la plongée de la lithosphère océanique froide dans le manteau plus chaud entraine la genèse de magma.
Ensuite, il faut rechercher un plan et y placer les notions essentielles:
1. Les roches à l’origine du magma.
Il n’y a pas dans le globe terrestre de couche magmatique. Le magma provient de la fusion partielle d’un roche .Malgré des variations dans
la pente du panneau lithosphérique qui subducte, les volcans se trouvent à l’aplomb d’une zone où le toit de la lithosphère subductée est
à environ100- 150 km de profondeur. A cette profondeur il y a la péridotite du manteau (lithosphérique ou asthénosphérique) de la plaque
chevauchante. On estime que c’est la péridotite de la plaque chevauchante qui subit la fusion partielle à l’origine du magma.
2. Les conditions de la formation du magma.
Les données thermiques indiquent que la température de la péridotite à 100km de profondeur est d’environ 1000°C. Or, à cette
profondeur, la température nécessaire pour entrainer la fusion partielle est d’environ 15OO°C ; La température de la péridotite est par
conséquent inférieure à celle qui est nécessaire pour entrainer sa fusion .La lithosphère océanique qui plonge doit entrainer un
changement dans la péridotite chevauchante qui permet la fusion partielle de la péridotite .Le géotherme des zones de subduction ne
recoupe pas le solidus de la péridotite sèche : la péridotite ne peut pas fondre. Par contre, le géotherme recoupe le solidus de la péridotite
hydratée entre 80 et 150 km, ainsi la température de 1000°C suffit à provoquer la fusion partielle de la péridotite hydratée et donner un
magma. Le solidus correspond aux conditions de T et P qui permettent à la péridotite de passer de l’état solide à l’état de fusion partielle.
C’est la lithosphère océanique subductée qui libère l’eau permettant la fusion partielle de la péridotite.
3. Les roches de la lithosphère océanique plongeante se transforment par métamorphisme, ce qui libère de l’eau.
 Les caractéristiques de la lithosphère océanique qui subducte : Rappeler la constitution de la croûte océanique et du
manteau, le métamorphisme hydrothermal. De la zone d’accrétion à la zone de subduction, la lithosphère océanique se
refroidit mais ne plonge pas : il y a diminution de température par hydratation ( hydratation = incorporation d’eau dans les
nouveaux minéraux formés sous forme de radical hydroxyle) sans modification de pression .A partir des minéraux initiaux
du gabbro ,plagioclase et pyroxène, des réactions métamorphiques à l’état solide, conduisent à la formation de minéraux
hydroxylés : amphibole brune hornblende, puis à plus basse température l’actinote ( amphibole verte) et la chlorite : c’est
le faciès schiste vert. La péridotite peut aussi être métamorphisée en serpentinite, roche verdâtre riche en serpentine,
minéral hydroxylé.
 Le métamorphisme de la croute en subduction :Les gabbros et basaltes sont entraînés lors de la subduction dans des
conditions de haute pression et basse température : les minéraux qui les constituent sont instables :de nouveaux
minéraux se forment par métamorphisme : les minéraux hydratés du faciès schistes verts sont transformés en amphibole
bleue, la glaucophane : la réaction libère de l’eau ( faciès schistes bleus vers 10 à 30 km de profondeur).Ensuite, la
glaucophane se transforme en jadéite (pyroxène) et en grenat qui sont des minéraux anhydres(faciès éclogite) : cette
réaction libère de l’eau .Ceci a lieu vers 40 à 80 km .Les minéraux des roches métamorphiques de la lithosphère océanique
en subduction sont des indicateurs de pression élevée témoins de son enfoncement.
Ce sont les réactions métamorphiques qui affectent la croute subductée qui libèrent l’eau entrainant la fusion partielle de la
péridotite du manteau.
Terminer par un schéma bilan (celui du cours)
Sujet : Présentez les différents marqueurs de la subduction en les mettant en relation avec la plongée de la plaque subduite.
Introduction : définir et situer la subduction dans la tectonique des plaques, définir une plaque .Annoncer la problématique.
1. La plongée d'une lithosphère océanique sous une autre lithosphère
La présence d’un matériel froid et rigide qui correspond à la plaque en subduction est repérée par
 une forte activité sismique. Les foyers des séismes sont d’autant plus profonds qu’ils sont loin de la fosse. En coupe, les séismes
se répartissent en profondeur sur une surface inclinée peu épaisse (100km) appelée plan de subduction ou plan de wadati-
benioff. Ce plan est la preuve de la présence en profondeur d’une plaque froide et rigide cassante assimilée à une plaque
lithosphérique océanique plongeante. ( marqueur tectonique)
 Il y a des anomalies de flux de chaleur (flux géothermique= quantité de chaleur quittant la terre en mW/m2) l chaud .Au niveau
de la fosse, il y a un flux thermique faible : c’est une anomalie thermique négative montrant un matériel froid en profondeur,
qui correspond à la plaque en subduction : l’enfoncement de la lithosphère ne permet pas aux roches de la lithosphère de se

rééquilibrer thermiquement au contact de l’asthénosphère. Les isothermes, courbes reliant les points de la même
température, plongent au niveau des zones de subduction confortant l’idée de la subduction d’une plaque lithosphérique en
profondeur (marqueur géophysique)
 une fosse océanique (relief négatif) dont la profondeur peut atteindre 11Km. Cette fosse est due à l’inflexion de la plaque
plongeante (lithosphère océanique) sous la plaque chevauchante. (marqueur topographique)
2. . Un magmatisme lié à la subduction
Il est repéré par la présence des îles volcaniques sur la plaque chevauchante formant un arc volcanique comme l’archipel du Japon (sur
une croûte continentale) ou Petites Antilles (sur une croute océanique)( relief positif).Le flux thermique est anormalement fort, ce qui
correspond à une anomalie positive montrant une remontée de matériel chaud ( formation de magma) au niveau du relief positif.(
marqueur géophysique)
3. Des déformations liées à la convergence lithosphérique
Le raccourcissement imposé par la convergence des plaques provoque des déformations à leur frontière .Des sédiments non entrainés
dans la subduction s’entassent en écailles superposées formant un prisme d’accrétion sédimentaire. Dans ce prisme, des plis et des failles
inverses témoignent de forces de compression.
Le prisme d’accrétion est un marqueur géométrique d’une tectonique de convergence (subduction).
Des chaînes de montagne sur la plaque chevauchante (sur une croûte continentale), comme la cordillère des Andes constituent un relief
positif et présentent des déformations (failles inverses, plis). (Marqueur géométrique de convergence)
Bilan : rappeler les différents marqueurs de la subduction et les placer sur un schéma bilan fonctionnel) (cours)
Sujet : Présentez les marqueurs géologiques qui permettent de montrer que la chaîne alpine résulte d'une collision de deux lithosphères
continentales autrefois séparées par un océan. Votre exposé sera illustré par deux schémas, au minimum.
Introduction : définir les mots clés et situer la formation de l’océan, la subduction et la collision dans la tectonique des plaques .Poser le
problème.
1. Les marqueurs d'un ancien océan
– Ophiolites : définition et position(Chenaillet) : l’ancienne lithosphère océanique s'est retrouvée en partie coincée entre 2 plaques qui
ont convergé (obduction).
– Marges passives témoins de l'ouverture d'un océan (failles normales, blocs basculés et sédiments pré, syn-rift et ante-rift). Schéma 1.
(Cours)
– Sédimentation océanique
2. Les roches métamorphiques marqueurs d'une paléosubduction
– Ophiolites métamorphisées : facies Schistes bleus et éclogites témoignent d'un métamorphisme HPBT lié à la subduction d'une ancienne
lithosphère océanique et à la convergence ( situation géographique). Le Massif cristallin de la Dora Maira : Coésite (forme du Quartz à THP)
Métamorphisme Ultra HP, or le quartz ne se trouve que dans la croûte continentale : subduction continentale
– Dans certains cas on peut retrouver les traces d'un paléovolcanisme de nature andésitique.
3. Une lithosphère continentale déformée
– Plis, failles inverses, chevauchements et nappes de charriage marqueurs d'une convergence et d'une collision (schéma 2 et 3)( marqueurs
tectoniques)
– Entraînent un raccourcissement et un épaississement crustal : racine crustale et Moho profond, relief important.( marqueurs
topographique et structural)
Bilan : Schéma bilan fonctionnel complet avec titre qui montre les marqueurs (cours).